Новые данные о ключевой иммунной системе бактерий
Исследователи из Университета Отаго (Новая Зеландия) и Нидерландов раскрыли новые подробности о неожиданно гибкой иммунной системе бактерий, которая борется с вирусами и другими чужеродными захватчиками ДНК.
Команда под руководством доктора Питера Файнерана изучает генетические основы адаптивного иммунитета у бактерий, вызывающих мягкую гниль картофеля, и у E. coli. Совместная работа показала, что эти бактериальные иммунные системы гораздо более устойчивы и оперативны, чем считалось ранее.
Новые результаты, опубликованные в ведущем американском журнале PNAS, важны для понимания эволюции бактерий, включая распространение генов антибиотикорезистентности.
Учёные исследуют адаптивную иммунную систему CRISPR-Cas, которая присутствует у половины видов бактерий и почти у всех одноклеточных микроорганизмов домена архей.
Роль CRISPR-Cas в обеспечении иммунитета была открыта лишь в последнее десятилетие. Система создаёт генетическую память о конкретных прошлых инфекциях, вызванных вирусами и плазмидами — малыми мобильными молекулами ДНК, способными перемещаться между организмами.
По словам доктора Файнерана, система крадёт образцы генетического материала захватчика и сохраняет их в "банке памяти", чтобы мгновенно распознавать будущие атаки и нейтрализовать их. Она может хранить до 600 образцов и передавать эти "воспоминания" последующим поколениям бактерий.
Ранее считалось, что у системы есть ахиллесова пята: захватчики, накопившие слишком много мутаций, переставали распознаваться, так как не совпадали с сохранённым образцом.
"Теперь мы обнаружили, что хотя вирусы и плазмиды могут избежать прямого распознавания, приобретя множественные мутации, система готова быстро сформировать новый иммунитет, захватив новый образец мутировавшего генетического материала. Это удивительно гибкая и устойчивая иммунная система для таких простых одноклеточных организмов".
Эта система отражает древнюю и непрекращающуюся "гонку вооружений" между бактериями, с одной стороны, и вирусами с плазмидами — с другой.
Вирусные инфекции бактерий также оказывают мощное, хотя и невидимое, влияние на всю планету.
"Их тихая, но масштабная и непрекращающаяся война лежит в основе всего: от работы глобальных циклов питательных веществ — которые зависят от бактерий, производящих половину биомассы Земли, — до эволюции человеческих патогенов. Например, бактерии, вызывающие холеру и дифтерию, были заражены вирусами, которые предоставили гены, кодирующие токсины, превратив эти бактерии в опасные для человека патогены".
Плазмиды также играют ключевую роль в переносе генов устойчивости к антибиотикам между разными видами бактерий.
"Поэтому изучение того, как именно иммунные системы бактерий противодействуют передаче и приобретению плазмид, представляет значительный интерес".